Способ замораживания грунтовых сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах

Патент 816213

Авторы

Цернант А.А.

Реферат

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обезвоживание грунта и отсос из него воздуха производят путем создания в грунте сооружения дренажной системы, соединенной посредством трубопровода с насосом.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дренажную систему выполняют с вертикальными дренами, заглубленными в зону оттаивания вечномерзлого грунта, а конец трубопровода, соединяющего дренажную систему с насосом, размещают в одной из них. Изобретение относится к области строительства в условиях северной климатической зоны, касается способов замораживания грунтовых сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах. Известен способ замораживания грунтовых сооружений, возводимых на вечномерзлых основаниях, включающий размещение в грунте тепловых труб и пропитку грунта жидким материалом с температурой затвердевания выше 0^оС, например, мазутом. Этот способ позволяет изменением теплофизических характеристик грунта управлять скоростью его замораживания и улучшить механические характеристики используемого грунтового массива. Недостатком способа является то, что дополнительная технологическая операция пропитки грунтового массива мазутом может производится только при положительных температурах среды, требует длительного времени и увеличивает трудоемкость и стоимость процесса подготовки грунтового массива для использования в качестве основания сооружений способом его замораживания. Наиболее близким к описываемому изобретению является способ замораживания грунтовых сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах с помощью тепловых труб, в котором установка тепловых труб в грунте сооружения предшествует или сопутствует его обезвоживанию, например, понижением уровня грунтовых вод. Вследствие уменьшения затрат тепла на фазовые переходы, в обезвоженном грунтовом массиве процесс замораживания протекает быстрее, чем водонасыщенном грунте. Соответственно, изменяется коэффициент теплопроводности грунта, его объемная теплоемкость и обеспечиваются условия для более эффективного понижения температуры грунтового массива. Недостатком этого способа являются относительно медленный процесс обезвоживания и промораживания грунтового сооружения и высокая стоимость и трудоемкость работ по установке и эксплуатации тепловых труб. Интенсивность процесса промораживания в этом способе не может регулироваться. При большой толщине промораживаемого слоя грунта процессы обезвоживания и замораживания могут продолжаться длительное время, что приводит к затягиванию сроков строительства. Цель изобретения повышение эффективности замораживания грунта. Это достигается тем, что в способе замораживания грунтовых сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, включающем обезвоживание грунта сооружений, одновременно с обезвоживанием грунта осуществляют отсос поступающего в него наружного воздуха, а обезвоживание грунта производят путем откачки из него влаги, причем обезвоживание грунта и отсос из него воздуха выполняют при отрицательных температурах наружного воздуха и могут производить путем создания в грунте сооружения дренажной системы, соединенной посредством трубопровода с насосом, при этом целесообразно дренажную систему выполнять с вертикальными дренами, заглубленными в зону оттаивания вечномерзлого грунта, а конец трубопровода, соединяющего дренажную систему с насосом, размещать в одной из них. На чертеже изображено грунтовое сооружение, замораживаемое описываемым способом. Описываемый способ осуществляют следующим образом. На подстилающих многолетнемерзлых грунтах 1 до начала возведения грунтового сооружения 2 подготавливают дренажную систему, состоящую из слоев 3 хорошо дренирующего материала, причем нижний слой укладывают на поверхности подстилающих грунтов и выполняют с вертикальными дренами 4. Вертикальные дрены размещают в зоне сезонного оттаивания подстилаемого грунта на глубину прогнозируемого протаивания. При послойном возведении сооружения 2 системы может иметь один или несколько сообщающихся слоев 3, в зависимости от толщины грунтового массива и характеристик его проницаемости при обезвоживании и конвективном охлаждении холодным воздухом. Дренажную систему выполняют из материала с более высоким, чем у замораживаемого грунта, коэффициентом фильтрации. К дренажной системе, желательно в нижней части вертикальных дрен 4, подключают нижний конец трубы 5, присоединяемой к приемной камере 6 воздушно-водяного насоса 7. Трубы 5 устанавливают либо до начала возведения сооружения 2 в случае его гидронамыва, либо после его возведения через пробуриваемые для этого скважины. После наступления устойчивой отрицательной температуры воздуха трубу 5 подключают к насосу для откачки воды и отсоса воздуха и начинают откачку. К этому времени уровень депрессивной поверхности в грунтовом сооружении, если он был обводнен или если он был возведен способом гидронамыва, занимает положение 8. После начала откачки уровень депрессионной кривой быстро понижается до уровня расположения нижнего уровня всасывающей трубы 5. Причем, вследствие того, что разрежение создается во всей дренажной системе, обезвоживание грунтового массива происходит относительно равномерно по всему объему без крутого падения поверхности депрессии к устью всасывающей трубы, что наблюдалось бы, если бы не было дренажной системы. Одновременно с началом откачки начинается проникновение холодного воздуха с поверхности внутрь грунтового сооружения. По мере понижения депрессионной поверхности, освобождающиеся от воды поры заполняются холодным наружным воздухом, а после обезвоживания грунтового массива, то есть после понижения поверхности депрессии до уровня нижнего конца трубы 5, начинается вентиляция пор воздухом, проникающим с поверхности и отсасываемым из дренажной системы через трубу 5 насосом 7. Отсос воздуха продолжают до тех пор, пока температура охлаждаемого грунтового массива не понизится до заданной в контролируемых точках массива. Пространство между стенками скважины и трубой 5 тампонируют, чтобы воздух не проникал через щели в дренажную систему, минуя грунтовый массив. В описываемом способе замораживание грунта производится за счет конвективного переноса холода воздухом, заполняющим освобождающиеся от воды поры грунта во всем объеме проницаемого массива в направлении от поверхности этого массива во внутрь. Обезвоживание и замораживание грунтового массива совмещены и протекают одновременно, но в различных частях массива, как результат операции отсасывания воздуха из внутренних зон массива. Управление ходом замораживания грунтового массива производится изменением интенсивности отсасывания воздуха и изменением путей прохождения холодного воздуха с поверхности к охлаждаемым зонам массива. Для этого недостаточно проницаемые зоны прокалывают скважинами 9, а слишком проницаемые зоны сверху закрывают слоем уплотненного снега или льдом. Лед образуют путем распыления водяной струи при отрицательной температуре воздухе. Описываемый способ технологичен, обеспечивает возможность быстрого замораживания грунтовых массивов большей толщины, не требует установки в замораживаемый массив тепловых труб или других типов замораживающих устройств, может быть применен для замораживания грунтовых массивов любой формы, позволяет легко управлять ходом процесса замораживания грунта.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ, ВОЗВОДИМЫХ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ, включающий обезвоживание грунта сооружения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности замораживания, одновременно с обезвоживанием грунта осуществляют отсос поступающего в него наружного воздуха, а обезвоживание грунта производят путем откачки из него влаги, причем обезвоживание грунта и отсос из него воздуха выполняют при отрицательных температурах наружного воздуха. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обезвоживание грунта и отсос из него воздуха производят путем создания в грунте сооружения дренажной системы, соединенной посредством трубопровода с насосом. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дренажную систему выполняют с вертикальными дренами, заглубленными в зону оттаивания вечномерзлого грунта, а конец трубопровода, соединяющего дренажную систему с насосом, размещают в одной из них.

РИСУНКИ

Рисунок 1